JP4701376B2 - Thin film crystallization method - Google Patents

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Description

本発明は、シリコン（Ｓｉ）等のアモルファス薄膜を結晶化する方法と、その方法を実施する装置に関し、特に、簡単な装置で短時間に多結晶化することを可能にしたものである。   The present invention relates to a method for crystallizing an amorphous thin film such as silicon (Si) and an apparatus for carrying out the method, and in particular, it enables polycrystallization in a short time with a simple apparatus.

近年、多結晶シリコン薄膜は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のチャネル層や太陽電池用基板等に利用されている。
この多結晶シリコン薄膜は、下記特許文献１に記載されているように、ガラス基板やＳｉＯ2膜上にシリコンのアモルファス薄膜を形成し、これにレーザを照射して結晶化する方法（レーザアニール）で主に生成される。 In recent years, polycrystalline silicon thin films have been used for thin film transistor (TFT) channel layers, solar cell substrates, and the like.
This polycrystalline silicon thin film is formed by forming a silicon amorphous thin film on a glass substrate or SiO 2 film and crystallizing it by irradiating it with a laser (laser annealing), as described in Patent Document 1 below. It is mainly generated by.

図５は、下記特許文献１に記載されたレーザアニール装置を示している。この装置は、高エネルギのエキシマレーザを出力するレーザ発振器２０と、レーザ光２１の方向を変える反射ミラー２７と、レーザ光を方形のラインビームに整形するための長軸ホモジナイザー２２ａ及び短軸ホモジナイザー２２ｂと、レーザ光の方向を変える反射ミラー２８と、基板５０上のアモルファスシリコン５１にラインビーム２４を集光する集光レンズ２３とを備えている。
アモルファスシリコン膜５１が形成された基板５０は、レーザアニール装置の真空室内に設置され、このアモルファスシリコン膜５１に長軸（紙面に垂直な方向）×短軸（紙面に平行な方向）が約２００×０．４ｍｍの方形のラインビーム２４が照射される。また、アモルファスシリコン膜５１の全面を結晶化するために、ラインビーム２４の１ショット当り、ラインビーム短軸幅の５〜１０％の送りピッチで基板５０を短軸方向（矢印方向）に移動している。そのため、基板５０は、同一箇所に１０〜２０回のレーザ光の照射を受けることになる。 FIG. 5 shows a laser annealing apparatus described in Patent Document 1 below. This apparatus includes a laser oscillator 20 that outputs a high-energy excimer laser, a reflection mirror 27 that changes the direction of the laser light 21, and a long-axis homogenizer 22a and a short-axis homogenizer 22b for shaping the laser light into a square line beam. And a reflecting mirror 28 that changes the direction of the laser light, and a condensing lens 23 that condenses the line beam 24 on the amorphous silicon 51 on the substrate 50.
The substrate 50 on which the amorphous silicon film 51 is formed is placed in a vacuum chamber of a laser annealing apparatus, and the major axis (direction perpendicular to the paper surface) × short axis (direction parallel to the paper surface) of the amorphous silicon film 51 is about 200. A square line beam 24 of × 0.4 mm is irradiated. Further, in order to crystallize the entire surface of the amorphous silicon film 51, the substrate 50 is moved in the minor axis direction (arrow direction) at a feed pitch of 5 to 10% of the minor axis width of the line beam per shot of the line beam 24. ing. Therefore, the substrate 50 is irradiated with the laser beam 10 to 20 times in the same place.

レーザが照射されたアモルファスシリコン膜５１は、溶融（シリコンの溶融温度は１２００℃）した後、冷却速度の速い溶融領域の縁部分から固化が始まり、固化した部分が成長核となって結晶が生成する。そして、基板５０の同一箇所が複数回レーザ照射されることで結晶が成長し、結晶化度の高い多結晶シリコン膜５２が生成する。
こうしたレーザアニールにより、結晶粒１〜２μの多結晶シリコン膜を得ることができる。
特開２００３−２８２４３３号公報 After the amorphous silicon film 51 irradiated with the laser is melted (the melting temperature of silicon is 1200 ° C.), solidification starts from the edge portion of the melted region where the cooling rate is fast, and the solidified portion forms a growth nucleus to generate crystals. To do. Then, the same portion of the substrate 50 is irradiated with the laser a plurality of times, so that a crystal grows and a polycrystalline silicon film 52 having a high degree of crystallinity is generated.
By such laser annealing, a polycrystalline silicon film having crystal grains of 1 to 2 μm can be obtained.
JP 2003-282433 A

しかし、レーザを用いる装置は、大掛かりで高価であり、製品の製造コストが高くなると言う問題点がある。
本発明は、こうした従来の問題点を解決するものであり、アモルファス薄膜を簡単な装置により短時間で結晶化することができる薄膜結晶化方法を提供することを目的としている。 However, an apparatus using a laser has a problem that it is large and expensive, and the manufacturing cost of the product becomes high.
The present invention is intended to solve such conventional problems, and an object thereof is to provide a thin film crystallization method capable of crystallizing an amorphous thin film in a short time with a simple apparatus.

そこで、本発明では、非結晶薄膜を溶融した後に再結晶化する薄膜結晶化方法において、細管に導入したプラズマ生成ガスを細管の先端から大気中に噴出させて細管の先端にマイクロプラズマジェットを生成し、前記細管の先端から距離を置いた非結晶薄膜にこのマイクロプラズマジェットを大気中で照射し、該非結晶薄膜の同一位置への照射時間を１秒より短い時間に設定して非結晶薄膜を溶融するとともに、細管を絶縁体で形成し、細管の周囲に設けたコイルに高周波電力を供給して細管内部に誘導電場を生成し、細管に導入したプラズマ生成ガスをプラズマ化してマイクロプラズマジェットを生成するようにしている。
この方法では、大掛かりな装置が不要である。また、高温のプラズマを用いているため、極めて短時間で非結晶薄膜を溶融することができる。 Therefore, in the present invention, in a thin film crystallization method in which an amorphous thin film is melted and then recrystallized, a plasma generating gas introduced into a thin tube is ejected from the tip of the thin tube into the atmosphere to generate a microplasma jet at the tip of the thin tube. And irradiating the amorphous thin film at a distance from the tip of the capillary tube with the microplasma jet in the atmosphere, and setting the irradiation time to the same position of the amorphous thin film to a time shorter than 1 second. In addition to melting , the narrow tube is formed of an insulator, high frequency power is supplied to the coil provided around the narrow tube to generate an induction electric field inside the narrow tube, and the plasma generated gas introduced into the narrow tube is turned into plasma to generate a microplasma jet. It is trying to generate .
This method does not require a large-scale device. Further, since the high temperature plasma is used, the amorphous thin film can be melted in a very short time.

また、本発明の薄膜結晶化方法では、細管に導入したプラズマ生成ガスを細管の先端から大気中に噴出させて細管の先端にマイクロプラズマジェットを生成し、細管の先端から距離を置いた非結晶薄膜にマイクロプラズマジェットを大気中で照射し、該非結晶薄膜の同一位置への照射時間を１秒より短い時間に設定して非結晶薄膜を溶融するとともに、細管を金属で形成し、細管に高周波電力を印加して細管の先端から噴出するプラズマ生成ガスをプラズマ化し、細管の先端から１〜３ｍｍの距離に置いた非結晶薄膜にマイクロプラズマジェットを照射するようにしている。 Further, in the thin film crystallization method of the present invention, the plasma generating gas introduced into the narrow tube is spouted into the atmosphere from the tip of the thin tube to generate a microplasma jet at the tip of the thin tube, and the non-crystal is separated from the tip of the thin tube The thin film is irradiated with a microplasma jet in the atmosphere, the irradiation time to the same position of the amorphous thin film is set to a time shorter than 1 second, the amorphous thin film is melted, a thin tube is formed of metal, and a high frequency is applied to the thin tube. Plasma is generated from the plasma generated gas ejected from the tip of the narrow tube by applying electric power, and the amorphous thin film placed at a distance of 1 to 3 mm from the tip of the narrow tube is irradiated with the microplasma jet .

また、本発明の薄膜結晶化方法では、マイクロプラズマジェットの非結晶薄膜に対する照射位置を順次移動させる。
マイクロプラズマジェットを非結晶薄膜上で相対的に１次元または２次元的に走査することにより、線形状または面状の結晶化を実現することができる。 In the thin film crystallization method of the present invention, the irradiation position of the microplasma jet on the amorphous thin film is sequentially moved.
Linear or planar crystallization can be realized by scanning the microplasma jet relatively one-dimensionally or two-dimensionally on the amorphous thin film.

また、本発明の薄膜結晶化方法では、複数の細管の先端に生成した複数のマイクロプラズマジェットを非結晶薄膜に同時に照射するようにしている。
この方法では、非結晶薄膜全体の結晶化を短時間で行うことができる。 In the thin film crystallization method of the present invention, the amorphous thin film is simultaneously irradiated with a plurality of microplasma jets generated at the tips of a plurality of thin tubes.
In this method, the entire amorphous thin film can be crystallized in a short time.

本発明の薄膜結晶化方法では、レーザアニールに比べて、極めて簡単な構成の装置で、アモルファス薄膜を溶融し、再結晶化することができ、また、大気中において短時間でアモルファス薄膜の溶融・再結晶化が可能である。そのため、多結晶薄膜を低コストで製造することができる。
In the thin film crystallization method of the present invention, an amorphous thin film can be melted and recrystallized with an apparatus having an extremely simple structure compared to laser annealing, and the amorphous thin film can be melted and Recrystallization is possible. Therefore, a polycrystalline thin film can be manufactured at low cost.

（第１の実施形態）
本発明の薄膜結晶化方法では、大気中で、アモルファスシリコン膜に、微小径のプラズマ噴出炎（マイクロプラズマジェット）を照射して多結晶シリコンを生成する。
図１は、この方法を実施する第１の実施形態の装置を模式的に示している。この装置は、マイクロプラズマジェット４０を生成する石英パイプ３４と、石英パイプ３４内に高周波電磁界を発生するコイル３３と、コイル３３に電磁波を供給する高周波電源３１と、高周波電源３１及びコイル３３間の整合を図るマッチング回路３０と、ガス導入管３７を通じて石英パイプ３４にアルゴン、ヘリウム、酸素、窒素等のプラズマ生成ガスを供給するガス供給源３６と、プラズマ生成ガスの流量を制御する流量調節器３５とを備えており、また、アモルファスシリコン膜５１が形成された基板５０とマイクロプラズマジェット４０との相対位置（矢印ａ方向及び矢印ｂ方向）を変えるための移動手段（不図示）を備えている。 (First embodiment)
In the thin film crystallization method of the present invention, polycrystalline silicon is generated by irradiating an amorphous silicon film with a fine-sized plasma jet flame (microplasma jet) in the atmosphere.
FIG. 1 schematically shows an apparatus according to a first embodiment for carrying out this method. This apparatus includes a quartz pipe 34 that generates a microplasma jet 40, a coil 33 that generates a high-frequency electromagnetic field in the quartz pipe 34, a high-frequency power source 31 that supplies electromagnetic waves to the coil 33, and between the high-frequency power source 31 and the coil 33. , A gas supply source 36 for supplying a plasma generation gas such as argon, helium, oxygen, and nitrogen to the quartz pipe 34 through the gas introduction pipe 37, and a flow rate controller for controlling the flow rate of the plasma generation gas. , And a moving means (not shown) for changing the relative position (arrow a direction and arrow b direction) between the substrate 50 on which the amorphous silicon film 51 is formed and the microplasma jet 40. Yes.

石英パイプ３４は、１００ｍｍの全長を有し、内径２ｍｍの円筒形状の先端が細く成形され、マイクロプラズマジェット４０を噴出する噴出口の口径は、１００μに設定されている。また、高周波電源３１は、１４４ＭＨｚの高周波電力（１００Ｗ）を出力し、マッチング回路３０は、コイル３３から高周波電源３１に戻る反射波が最小となるように調整している。
高周波電源３１から供給された高周波電流がコイル３３に流れると、コイル３３は、石英パイプ３４内に誘導電場を発生する。そのため、プラズマ生成ガスとして例えばアルゴン（Ａｒ）ガスを使用する場合では、ガス供給源３６から供給され、流量調節器３５で所定圧力に調整されて石英パイプ３４内に流入するアルゴンガスのアルゴン原子は、誘導電場で電離して高温（６０００〜７０００℃）のプラズマとなり、アルゴンガスの流入圧力に押されて石英パイプ３４先端の噴出口から大気中に噴き出る。噴き出したプラズマは、大気の存在により、拡散することなく、１ｃｍ3当り１０17個の電子密度を有するマイクロプラズマジェット４０を生成する。このマイクロプラズマジェット４０のエネルギは、アルゴンガスの流量を調節する流量調節器３５や、高周波電源３１の供給電力を制御して変えることができる。 The quartz pipe 34 has a total length of 100 mm, a cylindrical tip having an inner diameter of 2 mm, and is formed with a thin tip, and the diameter of the ejection port for ejecting the microplasma jet 40 is set to 100 μm. The high frequency power supply 31 outputs 144 MHz high frequency power (100 W), and the matching circuit 30 is adjusted so that the reflected wave returning from the coil 33 to the high frequency power supply 31 is minimized.
When a high frequency current supplied from the high frequency power supply 31 flows through the coil 33, the coil 33 generates an induction electric field in the quartz pipe 34. Therefore, for example, when argon (Ar) gas is used as the plasma generation gas, the argon atoms of the argon gas supplied from the gas supply source 36 and adjusted to a predetermined pressure by the flow rate regulator 35 and flowing into the quartz pipe 34 are Then, it is ionized by an induction electric field and becomes high-temperature (6000 to 7000 ° C.) plasma, which is pushed by the inflow pressure of argon gas and blows out into the atmosphere from the jet outlet at the tip of the quartz pipe 34. The ejected plasma does not diffuse due to the presence of the atmosphere, and generates a microplasma jet 40 having an electron density of 10 17 per cm 3 . The energy of the microplasma jet 40 can be changed by controlling the flow rate regulator 35 that regulates the flow rate of argon gas or the power supplied from the high-frequency power source 31.

蒸着やスパッタリング等の方法でガラス等の基板５０上に、ＴＦＴへの利用に適した膜厚（０．３μ前後）のアモルファスシリコン膜５１を形成し、この基板５０と石英パイプ３４との相対距離を、マイクロプラズマジェット４０の先端がアモルファスシリコン膜５１に達するように調整して、マイクロプラズマジェット４０をアモルファスシリコン膜５１に照射すると、照射位置のアモルファスシリコン膜５１は、数ミリ秒以下の短時間の照射で溶融し、局所的に結晶化する。
また、アモルファスシリコン膜５１の同一箇所に対するマイクロプラズマジェット４０の延べ照射時間が数ミリ秒程度となる速さで、基板５０を石英パイプ３４に対して矢印ｂの方向に相対的に移動（走査）して行くと、マイクロプラズマジェット４０が照射された軌跡上に結晶化したシリコン５２が生成する。また、この走査を２次元的に実施すれば、平面状の多結晶シリコン膜を得ることができる。 An amorphous silicon film 51 having a film thickness (about 0.3 μm) suitable for use in a TFT is formed on a glass substrate 50 by a method such as vapor deposition or sputtering, and the relative distance between the substrate 50 and the quartz pipe 34. Is adjusted so that the tip of the microplasma jet 40 reaches the amorphous silicon film 51, and the amorphous silicon film 51 is irradiated with the microplasma jet 40, the amorphous silicon film 51 at the irradiation position has a short time of several milliseconds or less. It melts by irradiation and crystallizes locally.
Further, the substrate 50 is moved relative to the quartz pipe 34 in the direction of the arrow b (scanning) at such a speed that the total irradiation time of the microplasma jet 40 to the same portion of the amorphous silicon film 51 is about several milliseconds. Then, crystallized silicon 52 is generated on the locus irradiated with the microplasma jet 40. If this scanning is performed two-dimensionally, a planar polycrystalline silicon film can be obtained.

図２は、２次元的な走査で５×５ｃｍ2の面積の多結晶シリコン薄膜を形成し、その幾つかの点でラマン散乱スペクトルを測定した結果を示している。図２の横軸はラマンシフトを表す波数値（ｃｍ-1）、縦軸はラマン散乱光の強度（任意単位）を示し、また、線ｂはマイクロプラズマジェット照射前のアモルファスシリコン膜５１の測定結果、線ａはマイクロプラズマジェット照射後の膜５２の測定結果をそれぞれ示している。マイクロプラズマジェット照射後のシリコン膜は、結晶シリコンのラマンシフトを表す５１５ｃｍ-1の波数値においてラマン散乱光強度のピークを有し、その半値幅（約５．２ｃｍ-1）は単結晶シリコンの半値幅にほぼ等しいため、シリコン薄膜の結晶化していることが分かる。生成された結晶粒の大きさは１〜２μであり、レーザアニールの場合と同程度である。 FIG. 2 shows a result of measuring a Raman scattering spectrum at several points of a polycrystalline silicon thin film having an area of 5 × 5 cm 2 formed by two-dimensional scanning. The horizontal axis of FIG. 2 indicates the wave value (cm −1 ) representing the Raman shift, the vertical axis indicates the intensity (arbitrary unit) of the Raman scattered light, and the line b indicates the measurement of the amorphous silicon film 51 before the microplasma jet irradiation. As a result, line a indicates the measurement result of the film 52 after the microplasma jet irradiation. The silicon film after the microplasma jet irradiation has a peak of Raman scattered light intensity at a wave value of 515 cm −1 representing the Raman shift of crystalline silicon, and its half width (about 5.2 cm −1 ) is that of single crystal silicon. Since it is almost equal to the half width, it can be seen that the silicon thin film is crystallized. The size of the generated crystal grains is 1 to 2 μm, which is about the same as in the case of laser annealing.

また、この装置では、アモルファスシリコン膜の膜厚が３μ程度の場合でも、マイクロプラズマジェット４０の同一位置での照射時間を増やしたり、基板５０と石英パイプ３４との相対距離を近づけたりすることにより、この厚さの膜全体を溶融して結晶化することができる。太陽電池では、光注入キャリアの輸送が膜厚方向であるため、多結晶シリコン膜の厚さとして２〜３μを必要とするが、マイクロプラズマジェットを用いて結晶化を図るこの装置では、ＴＦＴに適した０．３μ前後から太陽電池への利用に適した３μに至る広い膜厚範囲の多結晶化シリコン膜を短時間に生成することができる。   In this apparatus, even when the film thickness of the amorphous silicon film is about 3 μm, the irradiation time at the same position of the microplasma jet 40 is increased, or the relative distance between the substrate 50 and the quartz pipe 34 is reduced. The entire film having this thickness can be melted and crystallized. In solar cells, the transport of light-injected carriers is in the direction of the film thickness, so that the thickness of the polycrystalline silicon film requires 2 to 3 μm. A polycrystalline silicon film having a wide film thickness range from about 0.3 μm suitable to 3 μm suitable for use in solar cells can be formed in a short time.

また、マイクロプラズマジェット４０を同一位置に１秒以上照射すると、照射位置のアモルファスシリコン膜５１が蒸発し、ガラス基板５０に孔が空く。そのため、この装置では、マイクロプラズマジェットの照射時間や照射位置を制御することにより、薄膜を備えた基板に貫通孔を設けたり、溝を形成したり、所定位置で切断したりする等、精密加工を施すこともできる。
従って、この装置一つで、アモルファスシリコン膜が形成された基板の微細加工や、所定の線形状または面領域のみの選択的な結晶化、あるいは膜全体の結晶化を行うことが可能である。 When the microplasma jet 40 is irradiated to the same position for 1 second or longer, the amorphous silicon film 51 at the irradiation position evaporates and a hole is formed in the glass substrate 50. Therefore, in this device, by controlling the irradiation time and irradiation position of the microplasma jet, precision processing such as providing a through hole, forming a groove, or cutting at a predetermined position in a substrate provided with a thin film Can also be applied.
Therefore, it is possible to perform fine processing of the substrate on which the amorphous silicon film is formed, selective crystallization of only a predetermined line shape or surface region, or crystallization of the entire film with this single apparatus.

このように、この薄膜結晶化装置は、レーザアニール装置に比較して構造が極めて簡単であり、大気中においてアモルファス膜を短時間で再結晶化することができ、多結晶薄膜を低コストで製造することができる。また、広い膜厚範囲の素材に対して再結晶化が可能であり、また、微細パターンに沿った再結晶化や、基板を含む全体の微細加工なども可能である。   As described above, this thin film crystallization apparatus has an extremely simple structure as compared with a laser annealing apparatus, can recrystallize an amorphous film in the air in a short time, and manufacture a polycrystalline thin film at a low cost. can do. In addition, recrystallization can be performed on a material having a wide film thickness range, and recrystallization along a fine pattern or entire fine processing including a substrate can be performed.

なお、ここでは、プラズマ生成に石英パイプを用いる場合について説明したが、石英以外の絶縁素材でパイプを形成しても良い。また、ここで示した石英パイプの形状や高周波電源の特性等を示す数値は、一例であって、それに限るものではない。   Although the case where a quartz pipe is used for plasma generation has been described here, the pipe may be formed of an insulating material other than quartz. The numerical values indicating the shape of the quartz pipe, the characteristics of the high-frequency power source, and the like shown here are merely examples, and are not limited thereto.

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態では、金属パイプを用いてプラズマ生成ガスのマイクロプラズマジェットを生成する薄膜結晶化装置について説明する。
この装置は、図３に示すように、注射針のように細い金属パイプ６０と、金属パイプ６０に電磁波を供給する高周波電源３１と、高周波電源３１及び金属パイプ６０間の整合を図るマッチング回路３０と、ガス導入管３７を通じて金属パイプ６０にプラズマ生成ガスを供給するガス供給源３６と、プラズマ生成ガスの流量を制御する流量調節器３５と、金属パイプ６０を保持する保持具６１と、保持具６１を一定の高さで支える支柱６２と、アモルファスシリコン膜が形成された基板５０を載せる基台６３とを備えており、また、基板５０を基台６３の面上で移動する移動手段（不図示）を備えている。 (Second Embodiment)
In the second embodiment of the present invention, a thin film crystallization apparatus that generates a microplasma jet of plasma generation gas using a metal pipe will be described.
As shown in FIG. 3, this apparatus includes a metal pipe 60 that is thin like an injection needle, a high-frequency power source 31 that supplies electromagnetic waves to the metal pipe 60, and a matching circuit 30 that matches between the high-frequency power source 31 and the metal pipe 60. A gas supply source 36 that supplies a plasma generation gas to the metal pipe 60 through the gas introduction pipe 37, a flow rate regulator 35 that controls the flow rate of the plasma generation gas, a holder 61 that holds the metal pipe 60, and a holder A support 62 for supporting 61 at a constant height and a base 63 on which a substrate 50 on which an amorphous silicon film is formed are provided, and a moving means (non-moving means) for moving the substrate 50 on the surface of the base 63. (Shown).

この装置では、金属パイプ６０の先端と基板５０との距離ａを１〜３ｍｍの間で固定する。
ガス供給源３６から例えばアルゴン（Ａｒ）ガスが供給される場合では、流量調節器３５で所定圧力に調整されたアルゴンガスは、金属パイプ６０に流入し、金属パイプ６０の先端から大気中に噴き出す。高周波電圧を印加した金属パイプ６０の先端には、減圧下で形成されるグロープラズマと酷似した大気圧グロー放電が形成され、金属パイプ６０の先端のみにアルゴン原子のプラズマから成るマイクロプラズマジェットが生成する。 In this apparatus, the distance a between the tip of the metal pipe 60 and the substrate 50 is fixed between 1 and 3 mm.
In the case where, for example, argon (Ar) gas is supplied from the gas supply source 36, the argon gas adjusted to a predetermined pressure by the flow rate regulator 35 flows into the metal pipe 60 and is ejected into the atmosphere from the tip of the metal pipe 60. . At the tip of the metal pipe 60 to which a high-frequency voltage is applied, an atmospheric pressure glow discharge is formed, which is very similar to the glow plasma formed under reduced pressure, and a microplasma jet composed of argon atom plasma is generated only at the tip of the metal pipe 60. To do.

このマイクロプラズマジェットを基板５０上のアモルファスシリコン膜に照射して、シリコン膜を再結晶化する。この際の処理は、第１の実施形態と同様である。
ただ、この装置の場合、大気圧グロー放電を維持するためには、金属パイプ６０の先端と基板５０との距離ａを一定に保つ必要があり、第１の実施形態の装置と違って、金属パイプ６０の先端と基板５０との相対距離を制御してアモルファスシリコン膜の溶融を調整する手法を採ることができない。 The microplasma jet is irradiated onto the amorphous silicon film on the substrate 50 to recrystallize the silicon film. The processing at this time is the same as in the first embodiment.
However, in this apparatus, in order to maintain the atmospheric pressure glow discharge, it is necessary to keep the distance a between the tip of the metal pipe 60 and the substrate 50 constant. Unlike the apparatus of the first embodiment, the metal a A method for adjusting the melting of the amorphous silicon film by controlling the relative distance between the tip of the pipe 60 and the substrate 50 cannot be adopted.

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態では、広い面積の再結晶化を同時に行うことができる薄膜結晶化装置について説明する。
この装置は、図４に示すように、複数のマイクロプラズマジェットを同時に生成する複数の金属パイプ６０を備えたマイクロプラズマアレイ７０を有しており、このマイクロプラズマアレイ７０は、複数の金属パイプ６０が貫通する状態で植設された銅板７２と、ガス導入管３７から導入されるプラズマ生成ガスを銅板７２と共働して閉じ込める収納容器７１とを備えている。なお、高周波電源３１からの電磁波は、銅板７２を介して各金属パイプ６０に供給される。 (Third embodiment)
In the third embodiment of the present invention, a thin film crystallization apparatus capable of simultaneously recrystallizing a large area will be described.
As shown in FIG. 4, this apparatus has a microplasma array 70 including a plurality of metal pipes 60 that simultaneously generate a plurality of microplasma jets. The microplasma array 70 includes a plurality of metal pipes 60. And a storage container 71 for confining the plasma generation gas introduced from the gas introduction pipe 37 in cooperation with the copper plate 72. The electromagnetic wave from the high frequency power supply 31 is supplied to each metal pipe 60 via the copper plate 72.

ガス供給源からガス導入管３７を通じて供給されるアルゴンガスは、収納容器７１及び銅板７２で囲まれた空間に流入し、銅板７２により相互の相対位置が固定された複数の金属パイプ６０の孔を通じて、基板５０が存在する側の大気中に噴出する。また、各金属パイプ６０には、銅板７２を介して、高周波電源３１の高周波電圧が印加されており、各金属パイプ６０の先端にはアルゴン原子のプラズマから成るマイクロプラズマジェットが生成する。
この複数のマイクロプラズマジェットを同時に基板５０上のアモルファスシリコン膜に照射して、シリコン膜の広い部分を同時に再結晶化することができ、また、マイクロプラズマアレイ７０を基板５０に対して相対的に走査して、アモルファスシリコン膜全面の結晶化を短時間で行うことができる。 Argon gas supplied from the gas supply source through the gas introduction pipe 37 flows into the space surrounded by the storage container 71 and the copper plate 72, and through the holes of the plurality of metal pipes 60 whose relative positions are fixed by the copper plate 72. , And ejected into the atmosphere on the side where the substrate 50 exists. Further, a high frequency voltage of a high frequency power supply 31 is applied to each metal pipe 60 via a copper plate 72, and a micro plasma jet made of argon atom plasma is generated at the tip of each metal pipe 60.
By irradiating the amorphous silicon film on the substrate 50 simultaneously with the plurality of microplasma jets, a wide portion of the silicon film can be recrystallized at the same time. By scanning, the entire surface of the amorphous silicon film can be crystallized in a short time.

なお、ここでは、第２の実施形態の金属パイプを複数設ける場合について説明したが、マイクロプラズマアレイ７０に第１の実施形態の石英パイプを複数設けて、それらの相対位置を固定するようにしても良い。
また、各実施形態では、シリコンの再結晶化について説明したが、本発明の装置及び方法は、シリコン以外の物質の再結晶化にも広く用いることができる。 Here, the case where a plurality of metal pipes according to the second embodiment are provided has been described, but a plurality of the quartz pipes according to the first embodiment are provided in the microplasma array 70 so that their relative positions are fixed. Also good.
In each embodiment, recrystallization of silicon has been described. However, the apparatus and method of the present invention can be widely used for recrystallization of substances other than silicon.

本発明の薄膜結晶化方法及び装置は、ＴＦＴや太陽電池に使用する多結晶シリコン薄膜を始めとして、電子デバイスや光学素子、装飾品等に用いる各種結晶化膜を製造するために利用することができる。   The thin film crystallization method and apparatus of the present invention can be used to produce various crystallized films used for electronic devices, optical elements, ornaments, etc., including polycrystalline silicon thin films used for TFTs and solar cells. it can.

本発明の第１の実施形態における薄膜結晶化装置の構成を示す図The figure which shows the structure of the thin film crystallization apparatus in the 1st Embodiment of this invention. 非結晶薄膜と本発明の第１の実施形態における薄膜結晶化方法で生成した結晶化薄膜とのラマンスペクトルを示す図The figure which shows the Raman spectrum of the amorphous thin film and the crystallized thin film produced | generated by the thin film crystallization method in the 1st Embodiment of this invention 本発明の第２の実施形態における薄膜結晶化装置の構成を示す図The figure which shows the structure of the thin film crystallization apparatus in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施形態における薄膜結晶化装置の構成を示す図The figure which shows the structure of the thin film crystallization apparatus in the 3rd Embodiment of this invention. 従来のレーザアニール装置の構成を示す図The figure which shows the constitution of the conventional laser annealing equipment

符号の説明Explanation of symbols

２０ レーザ発振器
２１ レーザ光
２２ａ 長軸ホモジナイザー
２２ｂ 短軸ホモジナイザー
２３ 集光レンズ
２４ ラインビーム
２７ 反射ミラー
２８ 反射ミラー
３０ マッチング回路
３１ 高周波電源
３３ コイル
３４ 石英パイプ
３５ 流量調節器
３６ ガス供給源
３７ ガス導入管
４０ マイクロプラズマジェット
５０ 基板５０
５１ アモルファスシリコン
５２ 多結晶シリコン
６０ 金属パイプ
６１ 保持具
６２ 支柱
６３ 基台
７０ マイクロプラズマアレイ
７１ 収納容器
７２ 銅板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 Laser oscillator 21 Laser beam 22a Long axis homogenizer 22b Short axis homogenizer 23 Condensing lens 24 Line beam 27 Reflection mirror 28 Reflection mirror 30 Matching circuit 31 High frequency power supply 33 Coil 34 Quartz pipe 35 Flow rate regulator 36 Gas supply source 37 Gas introduction pipe 40 Microplasma jet 50 Substrate 50
51 Amorphous silicon 52 Polycrystalline silicon 60 Metal pipe 61 Holder 62 Support column 63 Base 70 Microplasma array 71 Storage container 72 Copper plate

Claims (4)

非結晶薄膜を溶融した後に再結晶化する薄膜結晶化方法において、
細管に導入したプラズマ生成ガスを前記細管の先端から大気中に噴出させて前記細管の先端にマイクロプラズマジェットを生成し、前記細管の先端から距離を置いた非結晶薄膜に前記マイクロプラズマジェットを大気中で照射し、該非結晶薄膜の同一位置への照射時間を１秒より短い時間に設定して前記非結晶薄膜を溶融するとともに、
前記細管を絶縁体で形成し、前記細管の周囲に設けたコイルに高周波電力を供給して前記細管内部に誘導電場を生成し、前記細管に導入したプラズマ生成ガスをプラズマ化して前記マイクロプラズマジェットを生成することを特徴とする薄膜結晶化方法。 In a thin film crystallization method of recrystallizing after melting an amorphous thin film,
Plasma generating gas introduced into the narrow tube is spouted into the atmosphere from the tip of the thin tube to generate a microplasma jet at the tip of the thin tube, and the microplasma jet is applied to the amorphous thin film at a distance from the tip of the thin tube. Irradiating in, and setting the irradiation time to the same position of the amorphous thin film to a time shorter than 1 second, melting the amorphous thin film ,
The microtube is formed by forming the thin tube from an insulator, supplying high frequency power to a coil provided around the thin tube to generate an induction electric field inside the thin tube, and converting the plasma generation gas introduced into the thin tube into a plasma. A thin film crystallization method characterized by producing 非結晶薄膜を溶融した後に再結晶化する薄膜結晶化方法において、
細管に導入したプラズマ生成ガスを前記細管の先端から大気中に噴出させて前記細管の先端にマイクロプラズマジェットを生成し、前記細管の先端から距離を置いた非結晶薄膜に前記マイクロプラズマジェットを大気中で照射し、該非結晶薄膜の同一位置への照射時間を１秒より短い時間に設定して前記非結晶薄膜を溶融するとともに、
前記細管を金属で形成し、前記細管に高周波電力を印加して前記細管の先端から噴出する前記プラズマ生成ガスをプラズマ化し、前記細管の先端から１〜３ｍｍの距離に置いた非結晶薄膜に前記マイクロプラズマジェットを照射することを特徴とする薄膜結晶化方法。 In a thin film crystallization method of recrystallizing after melting an amorphous thin film,
Plasma generating gas introduced into the narrow tube is spouted into the atmosphere from the tip of the thin tube to generate a microplasma jet at the tip of the thin tube, and the microplasma jet is applied to the amorphous thin film at a distance from the tip of the thin tube. Irradiating in, and setting the irradiation time to the same position of the amorphous thin film to a time shorter than 1 second, melting the amorphous thin film,
The thin tube is formed of metal, and the plasma generating gas ejected from the tip of the thin tube is made into plasma by applying high-frequency power to the thin tube, and is formed into an amorphous thin film placed at a distance of 1 to 3 mm from the tip of the thin tube A thin film crystallization method characterized by irradiating the microplasma jet . 前記マイクロプラズマジェットの前記非結晶薄膜に対する照射位置を順次移動させることを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜結晶化方法。 The microplasma the thin film crystallization method according to claim 1 or 2, characterized in that sequentially moving the irradiation position with respect to the non-crystal thin film of the jet. 複数の前記細管の先端に生成した複数の前記マイクロプラズマジェットを前記非結晶薄膜に同時に照射することを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜結晶化方法。 Thin crystallization method according to claim 1 or 2, characterized in that simultaneously irradiating a plurality of the micro plasma jet generated at the tip of a plurality of said capillary to said amorphous thin film.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008023523A1 (en) * 2006-08-22 2008-02-28 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Method of forming thin film by microplasma processing and apparatus for the same
US8232729B2 (en) 2006-12-12 2012-07-31 Osaka University Plasma producing apparatus and method of plasma production
JP2009260268A (en) 2008-03-25 2009-11-05 Advanced Lcd Technologies Development Center Co Ltd Method for dehydrogenation treatment and method for forming crystalline silicon film
JP5207535B2 (en) * 2008-10-21 2013-06-12 国立大学法人埼玉大学 Amorphous thin film crystallization apparatus and method, and thin film transistor manufacturing method
JP5727696B2 (en) * 2009-09-07 2015-06-03 国立大学法人広島大学 Semiconductor manufacturing apparatus and semiconductor manufacturing method
US8703613B2 (en) 2010-05-13 2014-04-22 Panasonic Corporation Plasma processing apparatus and plasma processing method
US11511316B2 (en) 2010-11-04 2022-11-29 Nissan Chemical Industries, Ltd. Plasma annealing method and device for the same
JP6120176B2 (en) * 2014-05-08 2017-04-26 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 Semiconductor manufacturing method and semiconductor manufacturing apparatus

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62290120A (en) * 1986-06-09 1987-12-17 Ricoh Co Ltd Formation of single crystal of polycrystalline semiconductor film
JPH02504046A (en) * 1988-04-23 1990-11-22 グリコ‐メタル‐ウエルケ・デーレン・ウント・ロース・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング Laminated materials or workpieces with functional layers, in particular friction bearing layers, provided on top of the support layer
JPH05226260A (en) * 1992-02-13 1993-09-03 Matsushita Electric Ind Co Ltd Method and apparatus for manufacturing photoelectric conversion device
JPH11145148A (en) * 1997-11-06 1999-05-28 Tdk Corp Apparatus and method for heat plasma annealing
JPH11260597A (en) * 1997-12-03 1999-09-24 Matsushita Electric Works Ltd Plasma treatment apparatus and plasma treatment method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62290120A (en) * 1986-06-09 1987-12-17 Ricoh Co Ltd Formation of single crystal of polycrystalline semiconductor film
JPH02504046A (en) * 1988-04-23 1990-11-22 グリコ‐メタル‐ウエルケ・デーレン・ウント・ロース・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング Laminated materials or workpieces with functional layers, in particular friction bearing layers, provided on top of the support layer
JPH05226260A (en) * 1992-02-13 1993-09-03 Matsushita Electric Ind Co Ltd Method and apparatus for manufacturing photoelectric conversion device
JPH11145148A (en) * 1997-11-06 1999-05-28 Tdk Corp Apparatus and method for heat plasma annealing
JPH11260597A (en) * 1997-12-03 1999-09-24 Matsushita Electric Works Ltd Plasma treatment apparatus and plasma treatment method

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